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新型均相微乳液型助排劑AO-4表/界麵張力測定及室內評價——結果與討論、結論
來源:石油與天然氣化工 瀏覽 420 次 發布時間:2025-07-24
2結果與討論
2.1微乳液相行為描述
采用魚形相圖對微乳液相行為進行描述,具有直觀明了、簡單實用等特點。
四組分體係水(W)+油(O)+表麵活性劑(S)+醇(A)中,α為油在二元體係水+油中的質量分數,表示為α=O/(W+O);δ為醇在混合表麵活性劑中的質量分數,即δ=A/(S+A);γ為混合表麵活性劑在整個體係中的質量分數,即γ=(S+A)/(W+O+S+A)。通過變換α、γ、δ值,配製不同組成的乳液,靜置後記錄各乳液的相行為,繪製成魚形相圖。
由圖1可見,在所配製的乳液中,既有均相乳液,也有兩相(上相、下相)乳液,同時有三相(中相)乳液。在選擇典型體係時,應體現出全麵性,即以上4種類型乳液都涉及到,同時應考慮到漸變性,即固定某個變量(此處固定γ),一種相態向另一種相態轉變。由此,選出其中4組:A(下相乳液)、B(中相乳液)、C(上相乳液)、D(均相乳液),A、B、C、D的組成如表1所示,形成的乳液照片如圖2所示。分別將乳液部分分離出來,稀釋成質量分數為0.1%、0.3%、0.5%、1.0%的微乳液。
表1 A、B、C、D的組成
2.2微乳液表/界麵性能測試及配方確定
對上述微乳液進行了表/界麵張力的測試,結果見圖3。
由圖3可以看出,同一類型不同濃度的微乳液之間的表麵張力值變化不大。可能是由於溶液內部主要以碳氫吸附為主,表麵活性劑在表麵上的吸附受到碳氫吸附的競爭作用,在一定程度上削弱了表麵活性劑的吸附量,導致表麵自由能變化的差異性較小。
微乳液與甘油的界麵張力見圖4。
分析圖4可知,同一體係的微乳液,與煤油的界麵張力值隨著質量分數的增加而減小。這是由於質量分數越高,表麵活性劑濃度越大,表麵活性劑在油水界麵的吸附量越多,表麵自由能降低越多,進而油水界麵張力降低越多。從圖4可以看出,D(均相)體係的界麵張力值比其他體係小,當表麵活性劑質量分數為1%時,油水界麵張力值僅為0.052 mN/m,達到低界麵張力水平。綜合4種體係表麵張力及界麵張力的數值可以看出,D(均相)體係的表麵張力與其他體係較接近,界麵張力卻低很多。此外,由於該體係為均相體係,具有易溶解、穩定性高等優點,且在配製微乳液時無需進行分相操作,有效成分(指表麵活性劑和醇)可以得到充分利用,無需對其他相進行回收處理,大大節約了資源,降低了成本。
通過改變濃度,觀察D(均相)表麵張力的變化趨勢,以便確定最佳的實驗條件。
D(均相)在不同濃度下的表麵張力見圖5。
從圖5可以看出,當D(均相)為0.5%(w,下同)時,表麵張力最小,為33.4 mN/m,然而與壓裂液通用技術條件(28 mN/m)相比仍偏大,故考慮加入另一種表麵活性劑來進一步降低其表麵張力。氟表麵活性劑在水中具有很高的表麵活性,可以大幅降低表麵張力,因而考慮加入氟表麵活性劑,同時考察氟表麵活性劑的加入對微乳液界麵張力將產生怎樣的影響。
0.5%(w)D(均相)加入不同濃度氟表麵活性劑後表/界麵張力見圖6。
從圖6可看出:
(1)隨著氟表麵活性劑的質量分數不斷增加,微乳液的表麵張力逐漸降低。由於氟表麵活性劑中氟碳鏈既憎水又親油,氟碳鏈之間很微弱的相互作用使其在水中具有很高的表麵活性。隨著氟加入量的增大,界麵吸附的氟逐漸增多,故表麵張力逐漸降低。
(2)隨著氟表麵活性劑含量不斷增加,微乳液與煤油的界麵張力幾乎不變。這是由於微乳液中發生的吸附方式主要以碳氫吸附為主,加入氟表麵活性劑後,將會產生競爭吸附,在一定程度上將會降低界麵吸附量,進而削弱吸附效果。
結合表麵張力與界麵張力的數值可以發現,0.5%D(均相)中加入0.02%(w,下同)的氟表麵活性劑後,溶液同時具有較低的表麵張力(23.22 mN/m)與較低的界麵張力(0.12 mN/m),符合助排劑對於低表/界麵張力的性能要求。故考慮將0.5%D(均相)+0.02%氟表麵活性劑作為新型助排劑AO-4的配方,其中D的組成為:w(AEO-9)∶w(正丁醇)∶w(煤油)∶w(水)=31%∶13%∶11%∶45%。
2.3助排劑AO-4性能評價
2.3.1熱穩定性
將助排劑AO-4放入烘箱,溫度設置為60℃,放置2 h後,冷卻至室溫,測試其表麵張力,結果見表2。
表2助排劑AO-4加熱前後表麵張力值
從表2可以看出,在溫差較大的情況下,助排劑AO-4加熱前後表麵張力值變化很小,表麵活性保持較好,說明此助排劑具有較好的熱穩定性。這主要是因為微乳液屬於自發形成的熱力學穩定體係,有自發降低界麵麵積的趨勢,以此來降低界麵能,因而溫度的改變不會引起液滴的聚並或分散,整個體係可以保持較好的穩定性。此外,助排劑AO-4中的微乳液屬於均相微乳液,更加有利於體係保持穩定,不會因外界因素的改變而輕易發生變化。
2.3.2助排效果
按照SY/T 5755《壓裂酸化用助排劑性能評價方法》,分別測試新型助排劑AO-4和勝利油田在用助排劑的助排率,其結果見表3。
表3助排率測試結果
從表3可看出,加入助排劑AO-4後,助排率達到83.26%。這是因為,均相微乳液具有高效的增溶性和極細小的顆粒,能有效進入岩石孔隙中,可以與固體表麵充分接觸,從而降低表/界麵張力,改變潤濕性,降低毛細管阻力,提高助排效果。
3結論
(1)新型均相微乳液型助排劑AO-4的組成(w)為:0.5%均相微乳液+0.02%氟表麵活性劑。其中,均相微乳液的組成為:w(AEO-9)∶w(正丁醇)∶w(煤)∶w(水)=31%∶13%∶11%∶45%。
(2)通過表/界麵性能測試,助排劑AO-4表麵張力為23.22 mN/m,界麵張力為0.12 mN/m,符合絕大多數油田企業的要求。
(3)室內評價實驗表明,助排劑AO-4具有較好的穩定性及良好的助排效果,助排率達到83.26%,可以較好地改善壓裂效果,具有良好的應用前景。